PT79851B - Process and apparatus for the separation of gas mixtures - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO DO INVENTO

0 presente invento refere-se a um processo para separar uma mistura de fluidos conduzida, em escoamento subsúnico por um conduto de transporte através de um conjunto d© cavidades axis-simétrieas incluindo pelo menos uma cavidade de ressonância própria para definir, entre uma entrada e uma saida, ondas acústicas estacionárias com frequências de oscilação diversas.

Este processo permite separar os constituintes gasosos mesmo que as suas propriedades físicas e químicas sejam aproximadas. Basta que uma delas seja diferente. A. grandeza física que permite caracterízar os constituintes e distingui-los entre si, pode ser 0 peso molecular, a polaridade, a viscosidade e/ou 0 coeficiente de condutibilidade calorífica.

0 invento tem a sua aplicação principal na produção de gases puros, na purificação de misturas gasosas na depuração do ar, na luta contra a poluição, na eliminação de SOg de efluentes gasosos e na eliminação de elementos e partículas radioaetivas do meio ambiente. Permi te enfim o enriquecimento de um fluxo parcial numa proporção maior de um dos constituintes. Dm exemplo clássico é constituído pela separação isotépica, entre outros para 0 enriquecimento do urânio.

Ate hoje essa separação isotúpica é geralmente conseguida par difusão gasosa através de uma parede semi-permeável que está na base das instalações mais importantes.

Do entanto, outros processos, em especial processos aerodinâmicos, têm sido recentemente desenvolvidos por diversos países indus trializados para garantir a sua independência no abastecimento de urânio enriquecido.

Entre os mais conhecidos podem citar-se principalmente os pro cessos baseados no principio de

- canal de separação de Decker;

- tubo de Ranque (ou tubo Hilsch);

- centrífugos ;

- a sonda de separação por efeito de choque segundo Penn reivindicada na patente americana η23.465·5θθ}

- as cavidades acústicas segundo Zenner e Yendall descritas na patente

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ft

americana η^δ 3.109.721 j

- barra vibrante segundo Eisenkraft que ê objecto da patente americana ns 4.197.094 J

- deslizamento diferencial das velocidades por Anderson ;

- separação por invasão de Campargue.

Poucas semelhanças existem entre os diversos processos citados acima. No entanto, o prnoipio de base da separação molecular consiste em submeter um conjunto de moléculas gasosas a acelerações específicas com a ajuda de um campo de força proveniente de ondas depressão acástica estacionárias ou de campos de força centrífuga, para modificar a densidade de população de oertos constituintes em certas partes de um recinto.

0 inconveniente comum desses processos reside nos coeficientes de separação insuficientes dos diversos constituintes, nos consumos específicos de energia demasiado grandes e na complexidade das instalações.

0 processo aerodinâmico por canal de separação segipdo Beoker utiliza a graduação de pressão criada no escoamento supersónico desviado. A deflexão do escóamento num oanal curvo origina uma graduação de pressão que permite a separação dos isótopos devida â sua difusão diferente, quer dizer por barodifusão, As moléculas pesadas concentram-se na proximidade da parede de deflexão exterior. Um extractor separa então o escoamento em duas fracções em que uma é enriquecida de gases le ves, a outra de gases pesados.

Este processo é de longe 0 que foi mais desenvolvido, dos pro cessos aerodinâmicos.

Esse processo originou numerosas variantes e são todas ainda objecto de estudos teóricos e experimentais. As variantes mais importan tes são:

- separação por deflexão dupla j

- separação por dupla deflexão com gás deflector ;

- separação por dupla alimentação ;

- separação por jactos opostos.

Todos estes processos estão, no entanto, ainda longe de suplantar os processos clássicos de difusão gasosa e de ultracentrifuga63.419

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**4*·' ção para separação isotópica.

Ho dispositivo de sonda de separação por efeito de choque se, gundo Eenn, dispãe-se um obstáculo cónico obtuso ou de ponta arredonda da no eixo de um jacto supersónico que permite separar certos constituintes de uma mistura gasosa. Com efeito, uma onda destacada forma-se a montante desse obstáculo. A trajectória de diferentes moléculas de gás atravessando uma tal onda de choque depende então das suas propriedades físicas e químicas. A zona central da onda de choque, formada exaotamente diante do obstáculo e enriquecida de moléculas pesadas que podem ser evacuadas por um canal axial situado no obstáculo,

A principal desvantagem do processo de separação por sonda é o pequeno valor do coeficiente de divisão, definido como a relação entre o fluxo que atravessa a sonda (fracção pesada) e o fluxo que entra formando o jacto.

Podendo a secção do canal axial do obstáculo ser materializada por um tubo de Pitot, é dispensável em relação ã secção do conduto de transporte da mistura gasosa, de modo que os rendimentos da operação só podem ser extremamente fracos, mesmo que se disponham vários obstáculos no mesmo conduto.

Por outro lado, este processo não pode ser aplicado senão numa mistura que só tenha dois constituintes gasosos.

Quanto ao processo de separação num campo acústico segundo G. H. Zenner et C.P. Yendall descrito na patente americana ns 3.109.721 o mesmo funciona com um recinto fechado de forma cónica incluindo uma fonte acústica fixa no vórtice do cone. Esse recinto cónico apresenta na sua base, uma superfície esférica servindo de refleotor para essas ondas acústicas. Escolhendo-se uma frequência de oscilação apropriada, pode criar-se por ressonância graças às ondas estacionárias, um campo de pressão acústica importante em relação à intensidade da fonte.

Ho recinto mencionado, a intensidade acústica cresce de uma extremidade à outra, tí fraca na proximidade do refleotor esférico e intensa na proximidade da fonte. Essa graduação de intensidade tem como efeito enriquecer a zona situada próxima do refleotor de constituintes pesados e a zona situada perto da fonte de constituintes leves.

Esse processo conhecido tem todavia o grau de inconveniente de

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**5«»

não poder fornecer rendimentos quantitativos suficientes. Os fracos ren dimentos obtidos explicam-se pelo facto de as zonas de enriquecimento serem criadas no sentido longitudinal, enquanto que a alimentação de gás fresco e a retirada de um fluxo parcial enriquecido se dão no sentido transversal. Esta disposição tem como consequeência romper constantemente o equilíbrio. Trata-se portanto de um sistema instável que apenas permite a separação de débitos relativamente pouco elevados.

A barra vibrante segundo Eisenkraft tem inconvenientes análogos ao processo anterior. Ainda, ela apenas pode ser aplicada na separação de misturas binárias,

0 presente invento tem por objectivo remediar os citados inconvenientes. 0 mesmo propõe um processo que permite escalonar as zonas de enriquecimento no sentido do escoamento gasoso, o que assegura um equilíbrio estável e permite assegurar débitos importantes»

Ele refere-se a um processo para separar uma mistura de fluidos conduzida em escoamento subsonico por um conduto de transporte atraves de um conjunto de cavidades axis-metricas incluindo pelo menos uma cavidade de ressonância própria para definir entre uma entrada e uma saída, ondas acústicas estacionárias com frequências de oscilação diversas, essencialmente caracterizado por que se regulariza no oonduto de transporte o fluxo da dita mistura de fluidos em escoamento turbulen to, num debito constante que se dirige a seguir para um núcleo central de perfil aerodinâmico de um primeiro tubo de entrada, com o objectivo de se criar um escoamento anular no tubo de acelaração que desemboca nu ma cavidade tendo um perfil aerodinâmico apto a suscitar uma separação do escoamento para longe das paredes exteriores da cavidade e criar assim numa zona de recirculação, vórtices toroidais que são conduzidos ao longo das paredes exteriores da cavidade, pelo escoamento anular, no sen tido do fluxo, na direcção pelo menos de uma zona de estreitamento, que concentra os vórtices e acelera a sua velocidade de rotação ate um segundo tubo que vai dar a uma segunda cavidade e sendo perfilada de tal maneira que esses vórtices e o escoamento do fluido originam ondas que são amplificadas e propagadas na primeira cavidade para darem, após um certo número de reflexões diversas nas paredes da primeira cavidade,ondas acústicas estacionárias de frequências variadas que contribuem para o desprendimento dos vórtices da zona de recirculação e criam na pro ximidade do segundo tubo, um campo de pressão acústica que permite a S£

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-paração dos diversos constituintes da mistura fluida, enquanto que a essas ondas acústicas estacionárias sobrepãe um efeito de separação de vido a um campo de força centrífuga dos vórtices, criando camadas anulares enriquecidas pelo menos com um dos constituintes que se retira se, lectivamente por meio de dispositivos de captação situados na periferia da parede exterior do recinto, na superfície de um segundo corpo central ou de um corpo anular disposto concentricamente nesse segundo corpo central.

Segundo uma particularidade do invento, criou-se com a ajuda de um obstáculo de ângulo vivo situado na periferia do tubo de entrada, um segundo vórtice que e paraxial ao primeiro e graças ao qual se provoca uma desligação do fluxo de escoamento para longe das paredes exteriores, permitindo a criação de zonas de recirculação que originam vórtices no ondulador.

Criou-se, com vantagem, ao longo do primeiro núcleo central de forma aerodinâmica apta a suscitar uma separação do escoamento anular para longe das paredes desse corpo, uma zona de depressão que origina uma zona de recirculação ao longo das ditas paredes.

0 invento refere-se igualmente a uma aparelhagem para executar o processo descrito acima, sendo esse processo caracterizado essencialmente pelo que inclui de modo sucessivo:

- eventualmente um filtro, de preferência giratória, capaz de eliminar da mistura de fluidos a tratar, partículas de dimensães previamente determinadass

- eventualmente um secador ;

- meios para movimentar a mistura de fluidos a tratar num circuito $

- um conduto de transporte destinado a regularizar o debito de fluidos 5

- um tubo de entrada munido de um núcleo central de perfil aerodinâmico ·,

<- uma câmara portadora do núcleo central ;

- um conjunto de cavidades axis-simétricas incluindo pelo menos uma cavidade de ressonância cujas paredes são perfilados de maneira a suscitarem uma separação de um veio anular para longe das paredes exteriores da cavidade e se criarem assim numa zona de recirculação, vórtices toroidáis que são conduzidos ao longo das paredes exteriores da cavidade pelo escoamento anular, no sentido do fluxo j

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- una zona de estreitamento j

- um segundo tubo ;

» uma segunda caridade chamada zona tranquilizadora $

~ um tubo de saída da periferia no qual se situam os dispositivos de

captação anulares ;

« um segundo corpo central rodeado eventualmente por um corpo anular concêntrico nos quais estão situados dispositivos de captação anu» lares e eventualmente um canal central.

Outras particularidades e detalhes do invento vão ser eviden» ciados pela descrição detalhada anexa de uma forma de realização parti cular do mesmo, oom referência aos desenhos seguintes nos quais s

» a figura 1 é um esquema geral do aparelho de acordo com o invento;

» a figura 2 mostra a formação de vórtices toroidais num eanal de a»

cerdo oom o invento j

- a figura 5 á ua corte longitudinal do conjunto dos onduladores pos» tos em serie na montagem mostrada na figura 1 $

» a figura 4 mostra um ressoador adicional j

» a figura 5 á um corte detalhado de um dos onduladores, e

» a figura 6 mostra a criação de um campo magnético num ondulador.

Nessas figuras os mesmos sinais de referência designam ele» mentos idênticos ou análogos.

0 aparelho apresentado na fig. 1 e designado no seu oonjun» to pelo sinal de referência 1, inclui dois onduladores 2,3 tendo,oa» da um, diversas cavidades 4,5, 6,7,7 situadas no prolongamento umas das outras e ligadas entre elas por tubos 8,9,10 e 11, assim como me» ios 12 que permitem debitar um fluxo de ar eventualmente seco e depu» rado, carregado de um constituinte gasoso qualquer a separar.

Esses meios 12 são, numa forma especial de realização do in» vento, constituídos por uma turbina, um ventilador ou um compressor volumétrico assegurando um débito de 200 Nm^/h sob uma pressão de 1220 milibares absolutos. 0 ar aspirado ao meio ambiente é eventualmente fxL trado e seco. 0 anidrido sulforoso, obtido de uma vasilha 13, á doseado por meio de um medidor de debito e injectado numa tubagem de aspira ção 15, instalada a montante da turbina 12.

Regulariza-se o debito da mistura de gás a tratar no conduto de transporte 16, que tem um diâmetro de 300 milímetros e um comprimen

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to de 3 metros. Nesse conduto de transporte 16, o fluxo de gás e submetido a um escoamento turbulento e dirigido para o tubo de entrada 17 do núcleo central do modelador anular 18 perfilado aérodinamicamen te e disposto no eixo do dito tubo de entrada 17. 0 núcleo central do modelador anular inclui um canal central 19 que permite captar a pressão frontal na entrada do ondulador 2,

A velocidade de entrada do fluxo gasoso no tubo de transporte anterior ao tubo de entrada 17, é de 15,25 metros/segundo, G núcleo central do modelador anular é destinado a formar um escoamento anular e a modular este em várias expansões antes de o conduzir para 0 ondulador 2 propriamente dito com uma velocidade de 1J2 metros/segundo, Ad mite-se uma variação de velocidade da ordem dos 20$,

0 ondulador 2 inclui um recinto tranquilizador 20 provido de alhetas 21 em cruz para manterem no seu lugar o.núcleo central do mode, lador anular 18.

0 tubo de acelaração 17 desemboca numa cavidade 4 por um divergente 22 que provoca o afastamento do escoamento para se criar uma zona de recirculação que originará os vórtices toroidais.

0 perfil axis-simétrico do ondulador 2 provoca a formação de vórtices no escoamento gasoso. Esses vórtices giram no sentido dos pon teiros do relógio ou no sentido contrário dos ponteiros do relógio,se, gundo 0 caso, ao longo das paredes exteriores do modelador anular 18 ou ao longo do eixo central do canal, λ saída do primeiro canal, um es, treitamento 30 comprime os vórtices o que aumenta muito a sua velocidade de rotação ate ao momento em que eles penetram na câmara de tranquilização 5· Como o diâmetro da câmara de tranquilização e pequeno ob tem-se graduação de pressão muito importantes.

Observa-se igualmente na câmara de.tranquilização 5 que a variação da resistência ao escoamento dos vórtices provoca, para efeito de bombagem, uma onda acústica que se desenvolve na direcção da entrada da primeira cavidade acústica 4 onde ela alimenta e regulariza a formação de vórtices,

A aceleração dos vórtices amplificada pela pressão acústica provoca a migração dos gases pesados na direcção da periferia dos vórtices* Realiza-se assim uma separação dos diferentes constituintes do gás que basta retirar por expurgadores dispostos na parede do canal ou

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na zona central de escoamento»

Com esse objectivo, o escoamento anular obtido à saída do pri meiro ondulador e projectado por um tubo de acelaração 9 no segundo on dulador 3·

0 tubo de acelaração 9 tem um extractor 24 com arestas vivas destinado a oriar uma onda. 0 mesmo desemboca por um divergente 23 nu*· ma cavidade 6 tendo um perfil aerodinâmico divergente apto a provocar uma separação do escoamento anular para longe da parede do divergente 23, com a função de parábola aoústica que contribui para oriar zonas estacionárias.

Com efeito, ao longo da parede dos divergentes 22 e 23 e quan to maior e o afastamento da mudança de secção e esta e brusca, há um aumento de pressão e diminuição de velocidade; as moléculas fluídas em contacto com a parede acabam por ter uma energia insuficiente para vencer a graduação de pressão positiva; elas tornam-se estacionárias ou voltam para trás o que oria as zonas de recirculação.

Estabelecem-se assim ao longo das paredes das cavidades 4 ® 6, zonas de recirculação toroidais que dão origem a vórtices toroidais 26 que, sob o efeito combinado das ondas acústicas geradas em 5, 7 ® ²4 se propagam ao longo das paredes dos onduladores 2 e 3·

A zona tranquilizadora 27 abriga as alhetas 28, por exemplo na forma de cruz, que tem o núcleo central 20. A velocidade media do conjunto do volume do fluxo anular nesse local e de 11 m/s. (figura

4).

As zonas de estreitamento 30, 51 originam uma aceleração do veio central do escoamento que passa de 15,25 m/s para 106,5 m/s nos tubos 32 e 33. Esta aceleração está associada a uma concentração dos vórtices. Graças â conservação da quantidade de movimento, á velocidade de rotação aumenta progressivamente ate às cavidades 5 e 7, onde os vórtices têm um abrandamento. As cavidades 5 e 7 são perfiladas de tal maneira que as variações periódicas do escoamento nesta zona originam ondas acústicas de grande intensidade. Elas vão ter aus tubos de escoa mento 8 e 10 na proximidade dos quais são retiradas selectivamente por meio de dispositivos de captação 54 situados na periferia da parede ex terior do recinto, na superfície de um segundo corpo central ou de um corpo anular disposto concentricamente a esse segundo corpo central,

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camadas anulares enriquecidas de um ou vários constituintes.

0 corpo central reduzindo em metade a distância livre do recinto, impede 0 estabelecimento da onda acústica interferindo numa di, reoção transversal perpendicular ao eixo do recinto.

Os gases mais leves são recuperados por ventiladores ou expurgadores anulares.

Pode ser vantajoso prover os modeladores anulares 29 com enrolamentos 35 destinados a introduzirem um campo magnético para favorecer a migração de certas moléculas (figura 6).

Exemplo 1

Um canal 1 apresentando um perfil semelhante ao mostrado na figura 1 é fornecido de ar contendo 4·θθθ a 318,000 ppm de SOg. Esse débito está compreendido entre 95 θ 10θ metros cábicos normais por hora.

0 SOg é introduzido numa tubagem de aspiração 15 de ar ambien te a partir de uma vasilha 13 de SOg concentrado.

Um cano com 0 diâmetro interior de 500 mm e um comprimento de 3 m está instalado a montante e ligado a uma turbina/ventilador que as, segura a aspiração e a impulsão de ar poluido numa distância que pode variar de 1,5 m a várias dezenas de metros, tendo em conta evidentemen te a capacidade do ventilador e as perdas de carga registadas. Essa turbina injecta 0 gás poluido no conjunto do ondulador de cavidades.

0 conteúdo de SOg na entrada do primeiro ondulador 2 é medido com a ajuda de um aparelho "Thetra-Sensor" baseado no principio da voltametria.

A concentração de SOg da mistura de gás à entrada do primeiro ondulador 2 num conduto de transporte 16, foi escolhida no deourso de três ensaios diferentes igualando respectivamente

4.000 ppm (0,3$ por volume) num primeiro ensaio ;

6.000 ppm (0,6$ por volume) num segundo ensaio $

318,000 ppm (35$ por volume) num terceiro ensaio 5

A. primeira parte dos conjuntos dos onduladores com cavidades é a parte chamada modelador anular 18 - tem duas funções $

is - Captar a pressão frontal à entrada do ondulador de cavidades,,

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22 - Formar um fluxo anular criando várias expansões nesse fluxo anular antes de entrar no ondulador 1.

A velocidade de entrada é de 15 m/s, a velocidade de saída e de 132 m/s a uma pressão de 18000 Pascal aceitando uma variação de 20$ sobre essa pressão.

0 mesmo para a variação do debito, ela é de 20$.

0 segundo ondulador de cavidades tem funções de separação e compõe-se d® um divergente, de uma parte cilíndrica contendo uma cruz que serve de suporte ao obstáculo central do modelador anular, a sua velocidade nesse local é d® 11 m/s e será imutável ate à entrada na parte tranquilizadora do ondulador que vai passar para a velocidade de 15 m/s e que vai acelerar 0 escoamento ate uma velocidade de ua primei, ro tubo 106 m/s para entrar na cavidade a uma velocidade média de 90 m/s. Sofre uma aceleração no tubo de escoamento 8, 10 exactamente antes do extractor 24, a uma velocidade de 126,6 m/s para atingir nos tu bos 9 © 11, uma velocidade de 152,5 m/s. 0 segundo ondulador tem as mesmas características que o primeiro ondulador ainda que nos cálculos seja preciso ter em conta uma perda do volume de 1 a 10$, devido aos extractores; seria preciso, portanto, adaptar as secções de passagem de modo a conservar as mesmas velocidades.

0 conteúdo de SQg à saída do reactor de ar purificado foi medido com a ajuda de um aparelho "Thermo electrôn" baseado no principio de fluorescência UV impulsionado.

As concentrações em SOg madidas nas saídas dos depuradores foram determinadas, apos a retirada dos sacos em “radiar” por micro» «culometria oxidativa.

Quando do ensaio, a concentração em SÓg à saída do ar purificado estava fora do limite de detecção do aparelho "Termo Electron",, Esse limite de detecção e de 50 PPb.

Conteúdo em SOg do gás

ENTRADA SAÍDA S0 REACTOR

4.000 ppm inferior a 50 ppb

6,000 ppm inferior a 5 PP®

318,000 ppm inferior a 0... 3 ppm

0 gás portador, em ocorrência 0 ar, sai pràticamente puro enquanto que o gás transportado, quer dizer 0 SO2 para 0 primeiro ondula

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dor e carregado a aproximadamente 10$ do seu próprio volume com gás portador. Voltando a injectar este, na qualidade de gás portador num segundo canal torna-se possível a obtenção de um maior grau de pureza.

Por ondulador, a perda total do debito e de aproximadamente 2$ e equivale à quantidade de gás de ensaio retirada para eliminar os 4000 ppm de SOg. Obtem-se um efeito de separação múltiplo em cascata alinhando vários onduladores uns a seguir aos outros no exemplo 3.

Poi feito um ensaio com a ajuda de uma serie de 10 onduladores consecutivos que retiram, cada um, uma parte do anidrido sulforoso misturado com um fluxo. Essa operação permitiu obter uma despoluição cujo rendimento foi controlado por organismos aprovados e que atinge 99,99$ do rendimento de separação para a extracção de 35$ do vo lume que entra de anidrido sulforoso.

A saída do último ondulador eom cavidades, com um tubo de um comprimento de 5 ® ligado a essa extremidade, permitiu fazer daí retiradas. 0 ponto de medição era a extremidade de saída do cano de entrada,

A retirada da amostra de ar tratado e despoluido e feita no centro do cano de saída, a uma distância de 3 metros da extremidade.

Esses ensaios foram feitos com várias repetições a temperaturas diferentes, partindo de 02 a 1502 sem que houvesse modificações fundamentais nos resultados,

0 único ajustamento a fazer á a pressão frontal da entrada do ondulador com cavidades. A eficácia da separação não e influenciada per graus de higrometria diferentes. 0 SOg assim separado deixa-se transportar por tubos com um diâmetro interior de 4 mm ate distâncias de 6 m em depuradores por líquido, para neutralizar 0 SOg.

Em certos ensaios obtiveram-se bons resultados dispondo de ressoadores adicionais no prolongamento da cavidade de ressonância.

Uma forma de realização especial de um ressoador adicional 36 consiste num vaso ou numa túlipa providos de paredes muito finas.

0 volume interior forma um volume de ressonância com uma profundidade correspondendo aproximadamente a uma fracção do comprimento de onda de vibração fundamental (ver figura 3).

A separação dos diversos constituintes que formam veios anula

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res concêntricos efectua-se com a ajuda de extractores ou com a ajuda de dispositivos de captação dispostos em vários locais da cavidade,na periferia das paredes exteriores ou de um corpo central ou anular con cêntrioo.

Exemplo 2

Realizou-se um protótipo industrial em funcionamento na fábrica SOPAS, de Sart-Dames-Avelines para um débito de gás igual a 5θθθ Nm^/h com tolerância de mais ou menos 10% sobre o debito.

Uma mistura de ar carregado de 5.644 mg/m^ de diclorometano, 2000 mg/m^ de ácido clorídrico, 5.464 mg/m^ de isopropanol e 8_O285 de acetona a uma temperatura de 39»4⁹ 0 é enviada com a ajuda da um ventilador-sobrecompressor de 4000 m^/h numa aparelhagem análoga à da fi gura 1.

0 diclorometano separado e saindo enriquecido do reactor prin cipal ê injectado num queimador e o ácido cloridrico assim produzido,é por sua vez, separado dos gases de combustão por meio de um segundo reactor, trabalhando a temperaturas superiores a 40^e θ para ser em seguida, diluido por agitação e "stocke’¹·

À saída do reactor principal, o ar purificado apenas está car regado com 566 mg/m^ de diclorometano com 1.011 mg/rn^ de isopropanol e com 1656 mg/m^ de acetona.

Os rendimentos de separação expressos em % são portanto:

- para o diclorometano s 90%

- para o isopropanol : 4θ%

- para a acetona í 80%

Quanto ao rendimento do segundo reactor de enriquecimento e de separação de ácido clorídrico, ele é de 99,99%, trabalhando este reactor com 0 debito de gás previsto por construção.

As aplicaçSes do aparelho descritas acima são múltiplas e referem-se em especial ãs indústrias químicas e farmacêuticas, ciências nucleares, campo médico e hospitalar.

Entre as aplicaçSes citamos a título de exemplos;

- a separação do 00 no ar ;

- a recuperação de COg, SQg, EOX e 00 dos fumos industriais; especial mente centrais térmicas ;

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-14- a eliminação de solventes, principalmente de acetona, diclorometano e isopropanol num respiradouro ;

- a produção de GO para a indústria química ;

- a eliminação e a recuperação de sulfureto de carbono dos respiradouros proveniente do fabrico da viscose j

- a produção de ar enriquecido de oxigénio ;

- a produção de hidrogénio por enriquecimento do gás do cracking ou

de coque ;

* a produção de metano e eliminação do CG e do HgS j

* a separação do ar com produção de Og e de Ng 5

- a produção de um gás raro 5

- o enriquecimento dos gases provenientes da gaseificação do carvão;

- a separação isotépica do urânio ;

- a produção de água pesada ;

- a eliminação da radioactividade do ar por separação dos gases radioaotivos eventualmente portadores de partículas ;

« preparação de um ar estéril contendo um agente específico tendo em vista í o tratamento de alergias,

tratamento asmatolégicos ou imunolégicos, tratamento de doenças crónicas; climatoterapia'5

- criação de compartimentos brancos, quer dizer de recintos estéreis destinados a melhorarem o ambiente dos orgãos a inserir ;

- secagem de gás ;

- enriquecimento de HF ;

- despoluição automóvel ;

- instalação de despoluição acidental ;

0 processo de separação dos gases pode igualmente ser utilizado para a retirada de poeiras, granulometria e purificação de líquido em fase de vapor. A eficácia da aparelhagem descrita anteriormente foi verifica da com diversos ensaios.

Foram efectuadas medições de niveis sonoros em torno do reactor com a ajuda de um analisador estático de nivel de ruido ”BRUEL et KJAER”. Esse nível sonoro é de aproximadamente 63,0 dB (A) a uma distancia de 50 m do reactor desprovido de protecção acústica₀

Os exemplos descritos acima relatam 0 funcionamento de débitos

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extrapolado com débitos de gás

ι·

-15de gás situados entre 100 e 5θθθ Nm^/h,

0 prooesso no entanto pode se:

muito mais importantes, o que torna a sua industrialização muito fácil num grande número de campos de aplicação.

0 consumo de energia e pequeno e tem origem únicamente na per da de cargas situadas entre 10 e 20$ da pressão inicial do gás que se acha de 100 a 200 mbars acima da pressão atmosférica.

Ê evidente que o invento não se limita exclusivamente à forma de realização representada e que se podem fazer várias modificaçães na forma, disposição e constituição de certos elementos intervenientes na sua realização, sem no entanto se sair do âmbito do invento.

Assim, a eficácia da separação e a escolha dos componentes a retirar podem ser evidenciadas conforme a vontade quando se modifica o conteúdo das cavidades emissoras 5j7 ^{e a} posição dos colectores 54.

A aparelhagem não tem qualquer elemento mecânico em movimento fora do sobrecompressor. Uma quantidade de cavidades pode ser colocada em serie o que permite aumentar o rendimento de uma instalação de separação.

A aparelhagem conserva a sua eficácia mesmo que as pressães e as temperaturas em jogo sejam elevadas, na condição das expulsães se efectuarem fora dos circuitos do reactor,

-

Claims (7)

1. REIVINDICAÇÕES1 - Processo para separar uma mistura de fluidos incluindo pe, lo menos um componente oompressível conduzido em escoamento subsonico por um conduto de transporte através de um conjunto de cavidades (4,5, 6,7,7*) axis-simétricas compreendendo pelo menos uma cavidade de ressonância própria para definir entre uma entrada e uma saída, ondas acústioas estacionárias com frequências de oscilação diversas, earacte rizado por que se regulariza no conduto de transporte (l6) o fluxo da dita mistura de fluidos em escoamento turbulento, num debito constante que se dirige em seguida para um núcleo central (18) de perfil aerodinâmico de um primeiro tubo de entrada, (17) para se criar um escoamen to anular no tubo de acelaração que desemboca numa cavidade (4) tendo um perfil aerodinâmico apto a suscitar uma separação do escoamento para longe das paredes exteriores (25) da cavidade (4) o se criar assim numa zona de recirculação, vórtices toroidáis (26) que são conduzidos

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   ao longo das paredes exteriores (25) da cavidade (4) pelo escoamento anular, no sentido do fluxo, na direcção pelo menos de uma zona de estreitamento (30) que concentra os vórtices e acelera a sua velocidade de rotação ate um segundo tubo (9) que vai dar a uma segunda cavidade (6) e estando perfilada de tal maneira que esses vórtices (26) e o escoamento do fluído dão lugar a ondas que são aí amplificadas e propagadas na primeira cavidade (4) para darem, após um certo número de reflexões diversas nas paredes (25) da primeira cavidade (4), ondas acústicas estacionárias de frequências variadas que contribuem pa ra 0 desprendimento dos vórtices (26) da zona de recirculação e criam na proximidade do segundo tubo (9) um campo de pressão acústica que permite a separação dos diversos constituintes da mistura fluida enquanto que a essas ondas acústicas estacionárias se sobrepõe um efeito de separação devido a um campo de força centrífuga dos vórtices (26), criando camadas anulares enriquecidas pelo menos por um dos con£3 tituintes que se retira selectivamente por meio de dispositivos de caj) tação (24) situados na periferia da parede exterior do recinto (3) na superfície de um segundo corpo central ou dum corpo anular disposto concentricamente a esse segundo corpo central.
2. 2 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por que se criou, com a ajuda de um obstáculo de ângulo vivo situado na periferia do tubo de entrada (l?) um segundo vórtice que é paraxial com o primeiro e graças ao qual se provoca uma desligação do flu xo de escoamento para longe das paredes exteriores, do dito recinto, as quais são perfiladas segundo uma superfície parabólica, para assegurar uma reflexão originando ondas estacionárias.
3. 3 - Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 e 2, caracterizado por que se criaram ao longo do primeiro núcleo oentral (29) de forma aerodinâmica apta a suscitar uma separação do escoamento anular para longe das paredes desse corpo, campos de depressão que originam uma zona de recirculação ao longo das ditas paredes.
4. 4 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por que se assegura 0 enriquecimento de um fluxo anular num dos constituintes por difusão das moléculas gasosas mais leves através de camadas anulares periféricas dos vórtices toroidais mencionados, que são submetidas por laminagem a graduações de pressão consideráveis, entre outras sob o efeito de gravitação do campo rotativo dos vértices, das

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   zonas da recirculação ou/e da um campo magnético (35)«
5. 5 - Aparelhagem para executar o processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por que inclui sucessivamente:

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   - eventualmente um filtro, de preferencia giratória, capaz de eliminar da mistura de fluidos a tratar, partículas de dimensões previa mente determinadas ;

   - eventualmente um secador ;

   - meios para movimentar a mistura de fluidos a tratar num circuito;

   - um conduto de transporte (15) destinado a regularizar o débito de fluidos ;

   - o tubo de entrada (17) tendo um núcleo central d® perfil aerodinâmico (18) 5

   - uma câmara portadora (2) do núcleo central 5

   - um conjunto de cavidades axis-simetricas incluindo pelo menos uma cavidade de ressonância cujas paredes (25) são perfiladas de manei ra a suscitarem uma separação de um veio anular para longe das paredes exteriores da cavidade e se criarem assim sob influência das ondas acústicas numa zona de recirculação vórtices toroidais (26) que são conduzidos ao longo das paredes exteriores da cavidade pelo escoamento anular no sentido do fluxo ;

   - uma zona de estreitamento (3θ) 5

   - um segundo tubo (9) ;

   * uma segunda cavidade (6) ;

   - um tubo de saída na periferia do qual se situam os dispositivos de captação anulares (24) $

   - um segundo corpo central (29) rodeado eventualmente por um corpo anular concêntrico nos quais estão situados os dispositivos de captação anulares e eventualmente um canal central (34)·
6. 6 - Aparelhagem de acordo com a reivindicação 5, caracteriza da por que uma das cavidades inclui um mecanismo situado em torno dessa cavidade e/ou no corpo central e/ou num corpo intermédio com o objectivo de se criar um campo electro-magnetico (35) permanente ou alternativo.

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7. 7 - Aparelhagem de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 ® 6, caracterizada por que pelo menos um ressoador de paredes finas (36) tendo a forma de uma túlipa disposta axialmente a mon tante ou a jusante de uma cavidade de ressonância, (4,6) está orientado para montante ou para jusante em relação ao fluxo e destinado a estabilizar o espectro de frequências.